数字矿山

数字煤矿的理论、系统设计和案例介绍2007/01/12主讲：毛善君博士北京大学遥感与地理信息系统研究北京大学空间信息科学与技术系北京龙软科技发展有限公司公司概况一、国内外现状及存在问题二、理论和技术方法研究三、数字矿山的技术途径四、关键支撑理论与GIS平台架构五、系统设计与开发方案六、案例介绍（以龙口为例）七、公司概况一、国内外现状及存在问题主要从如下三个方面进行介绍：(1)理论和技术方法落后；(2)专业分的太细，无法集成；(3)没有充分利用网络技术;(4)没有严格按软件工程实施(5)没有与信息化相适应的管理制度二、理论和技术方法研究灰色地理信息系统的定义和特点:根据对现实世界中所研究对象获取信息的多小,我们可以把它们分为三大系统(图1):(1)黑色系统:无任何信息已知;(2)灰色系统:部分信息已知,部分信息未知;(3)白色系统:所有的信息都已知。根据上面的定义,现有的地理信息系统大多为白色或者是接近白色的系统。图1与GGIS分类有关的示意图断层地层地表钻孔图2地质剖面图的示意图通过研究，我们认为，灰色地理信息系统的定义应该为:指控制现实世界中并不完全已知的三维空间实体的各类空间数据及描述这些空间数据特性的属性,在计算机软件和硬件的支持下,以一定的格式输入、存储、检索、显示、动态修改和综合分析应用的技术系统。由于在任一时刻，灰色地理信息系统所反映的空间实体并非真实的空间实体，而获取的最新数据又是修改有关图形的依据。所以，灰色地理信息系统带有一般控制系统自适应和动态调节的特征（见图2），这也是灰色地理信息系统与其它地理信息系统最大的区别。综上所述，灰色地理信息系统除了具有现有地理信息系统的特征外,还具有如下特点:(1)控制空间实体的数据是不完全的,它们只是控制空间实体所有数据的一部分,无法精确描述空间实体的真实状态;(2)在获取空间实体数据的任一时刻,空间数据及其属性为新老原始数据的并集;(3)在任一时刻,部分图形实体(点、线、面、体)的数据是推断的,并非实际控制数据,故这些数据完全可能是错误的;(4)系统能够根据最新的数据自适应地动态修改已有的模型和图形,使之尽可能反映矿体在空间的真实状态；(5)随着空间数据的增多,系统所表达的矿体将更加精确，即空间实体的状态(包括形态等参数)将更加接近于它在自然界中的真实状态。已有生产信息最新生产信息三、数字矿山的技术途径1.“数字煤矿”的概念煤矿信息是一种动态变化的、与空间位置密切相关的信息。信息的合理化管理直接影响到煤矿安全问题的预测和防治工作，其间涉及的信息量十分巨大，包括三维地震资料、地质测量数据、通风安全数据、实时监控数据以及多媒体视频信数据等，如何实现空间信息的共享与网络服务十分重要。“数字煤矿”就是以先进的煤矿机电及一体化技术、计算机技术、3S技术、与信息化相适应的现代企业管理制度为基础，以网络技术为纽带，煤矿安全生产、高产高效、可持续发展为目标，实现多源煤矿信息的采集、输入、存储、检索、查询与专业空间分析，并实现多源信息的多方式输出、实时联机分析处理与决策、专家会诊煤矿安全事故与调度指挥等。“数字煤矿”是传统煤矿专业技术、计算机技术和3S技术等发展与结合的产物，它涉及的理论与技术都是当前信息技术发展的前沿。系统研究不仅需要已有的理论和技术为支持，同时还需从更高层次和一体化系统集成的角度来组合和应用全新的理论和技术，从而更好地、更广泛地为煤矿信息化与现代化管理与决策提供全面的服务。四、基础平台与整体解决方案（一）系统基础平台结构（二）煤矿空间数据库设计（三）煤矿空间信息系统的解决方案（四）基于B/S＋C/S的煤矿安全生产信息系统整体格架系统基础平台结构（1）系统自下而上具有四层：DLL层、API层、组件层、应用系统层。（2）对于图形实体、文档、符号库都有标准的DLL函数接口，只要开发人员遵循规范，就可灵活的增加用户需要的模块。1）实体：煤矿GIS平台，除了通用实体如点、线、面，还可以根据实际需求很方便的增加钻孔、断层等煤矿专用的实体，就是说以后画一个断层、钻孔就象现在画线样容易。2）文档：一般GIS文档都是固定的格式，无法更改，要改就要对软件重新开发，现在可以结合实际需求，根据文档的开发规范很轻松的增加不同类型的文档。3）符号库：可以很方便的增加一些专用的符号库如岩性符号库、测量符号库等，按类型分类，管理方便。（3）平台提供多样的开发方式，具备强大的二次开发功能。可以使用API函数二次开发，同时系统提供了类似MapX、MapObjects的组件，与通用GIS组件不同的是，我们还将煤矿常用的专业功能做成组件，极大的提高了煤矿GIS二次开发的效率。⊙系统设计思想ü立足现在本着经济、实用、好用的原则，系统着重于解决生产中的实际问题。ü着眼未来用历史的、发展的眼光看问题，致力于系统集成化、网络化，为实现整个矿山数字化奠定基础。煤矿空间数据库设计⊙系统设计原则※统一性原则※可靠性原则※实用性原则※易维护性原则※经济性原则※开放性原则※安全性原则⊙遵循标准与规范※软件工程开发遵循：《国家计算机软件工程规范》※数据库开发遵循：符合ANSISQL标准※安全系统遵循：国家信息安全主管部门制定的各项标准※系统的图件、成图格式、精度遵循：国家的有关标准和煤炭行业规范，符合煤炭行业的习惯（1）空间数据库的概念：什么是空间数据库？简单的讲就是将属性数据和图形数据全部存到数据库中，由数据库统一管理。（2）目前，煤矿对空间数据库的需求？（3）满足煤矿专业应用的技术与对策煤矿空间信息系统解决方案Html浏览器（图像数据）文件综合数据库空间数据库业务数据库地图服务器ActiveX控件（矢量数据流）数据层用户层专业组件通风机电······地测基础组件图形编辑数据访问三维分析组件层数据采集服务器层WebGIS子系统数字化子系统三维可视化与分析子系统……地测子系统通风子系统生产辅助设计子系统机电设计子系统……文件引擎空间数据引擎基于B/S+C/S的煤矿安全生产信息系统整体格架煤矿安全监察局四级监控网络体系结构基于Web的监测监控系统方案煤管站终端监控中心电视大墙交换机2M专线其他终端总工终端局长终端防火墙交换机数据服务器路由器井下监控系统监控主机井下监控系统···监控主机GPRS/CDMA数据交换器数据交换器通信服务器交换机视频服务器交换机交换机煤管站光纤接入煤矿···煤管站终端2M专线省级监控中心(外网)路由器UPSUPSUPS（1）LongruanGIS平台（2）地测空间管理信息系统（3）通风安全管理信息系统（4）生产辅助设计系统（5）矿井供电设计与计算系统（6）煤矿三维虚拟环境系统（7）煤质、运销管理信息系统（8）煤矿安全生产管理信息系统（9）煤矿生产调度管理信息系统（10）机电设备管理系统（11）基于WebGIS的煤矿安全数字监控系统（12）办公自动化系统（13）作业规程编制系统（14）质量标准化管理系统（15）数字地质报告编制系统（16）瓦斯、水害防治系统（17）地表变形预计系统（18）井下人员跟踪定位救护系统（19）非层状矿床地测空间管理信息系统（20）煤炭资源管理信息系统（21）煤矿安全监察管理信息系统（22）煤矿应急救援指挥信息系统（23）采掘衔接辅助设计系统五、专业产品及其扩展应用1、煤矿安全监察系统2、地测空间管理信息系统地测空间管理信息系统各子系统3、一通三防管理信息系统通风专题制图系统通风网络解算系统平煤集团丁组避灾系统图平煤集团丁组防尘系统图4、生产辅助设计系统巷道断面设计参数输入拱形断面施工图自动生成5、煤矿虚拟环境系统6、煤质运销管理信息系统7、煤矿安全生产管理信息系统8、供电设计及设备管理系统矿井供电设计：矿井供电设计系统可完成供电设备布置图、供电系统图的绘制，在供电图形上可对供电设备进行型号选择，完成供电设计计算（负荷统计计算、长时载流计算、电压损失计算、短路电流计算、整定保护计算）。系统所有选型、计算完全基于图形完成，最终可自动生成供电设计报告。1)方便的绘制供电设备布置图、高压供电系统图、低压供电系统图；2)供电系统图绘制方便，供电系统图设备和电缆之间具有连接关系，拖动可实现连动的效果，电缆可以自动正交、可自动处理电缆交叉、自动标注设备型号参数；3)系统具有完备的参数库和设备库存管理，为计算和设备管理提供方便的管理工具；4)可在供电系统图上进行设备参数选型，能够自动完成负荷统计计算、长时载流计算、电压损失计算、短路电流计算、整定保护计算；5)在图形上完成图形绘制和计算后，可自动生成供电设计报告。9、实时在线远程监控系统六、典型成功案例——龙口煤业安全生产管理信息系统本项目主要结合龙口煤业公司及三矿安全生产专业管理本项目主要结合龙口煤业公司及三矿安全生产专业管理业务流程实现数字化、信息化与标准化的管理，构建安全生业务流程实现数字化、信息化与标准化的管理，构建安全生产管理信息系统，主要开发完成内容包括：产管理信息系统，主要开发完成内容包括：（（11）生产调度管理信息子系统）生产调度管理信息子系统（（22）生产技术管理信息子系统）生产技术管理信息子系统（（33）矿井安全管理信息子系统）矿井安全管理信息子系统（（44）质量标准化管理信息子系统）质量标准化管理信息子系统（（55）一通三防管理信息子系统，含通防专题制图系统）一通三防管理信息子系统，含通防专题制图系统（（66）机电管理信息子系统，含租赁管理子系统）机电管理信息子系统，含租赁管理子系统（（77）地测管理信息子系统，含地测绘图系统、地测专业数据库系统）地测管理信息子系统，含地测绘图系统、地测专业数据库系统（（88）井下三维信息子系统）井下三维信息子系统（（99）系统管理子系统）系统管理子系统项目概况系统架构信息共享与Web协作平台动态修改信息空间查询条件可视化选取查询结果集C#等技术可视化表达公司用户矿井生产用户上级主管部门矿质量标准化远程系统矿通风管理远程系统矿安全管理远程系统矿生产技术远程系统三维地理信息系统矿地测管理远程系统通防专题图形系统地测图形信息系统动态修改模型应用服务器、WEB服务器空间SQL查询标准HTML文本流空间信息处理服务空间信息访问服务空间信息咨询服务···ImgMap/Asp.netAsp.net/SQLWEB+浏览器+客户端/插件+网络协议矿安全生产管理系统煤业安全生产管理系统数据库Cache···图形库图像库属性库专业模型库煤业及三矿数据库煤矿专业应用软件WEB协作决策服务数据存储平台管理层用户提交的空间查询请求分析处理矿生产调度远程系统图形系统最新数据应用开发方案※基于LongruanGIS平台组件式开发专业图形系统※数据接口技术：ODBC与ADO※基于C/S+B/S混合模式开发※基于ComGIS+WebGIS实现矢量图形等信息发布※基于二维基础数据的三维动态建模项目实现与应用（1）地测图形系统与专业数据库管理梁家矿2煤四采区采掘工程平面图C/S部分：北皂矿海域采掘工程平面图（下幅）地质数据库管理系统测量数据库管理系统储量数据库管理系统水文数据库管理系统（2）通风专题图形系统B/S部分：（1）煤业安全生产管理信息系统实时监测（2）租赁管理信息系统设备动态台帐（3）三矿安全生产管理信息系统地测管理远程系统地测管理远程系统—报表浏览地测管理远程系统—基于WebGIS的图形浏览生产调度管理远程系统生产调度管理远程系统生产技术管理远程系统矿井安全管理远程系统质量标准化管理远程系统一通三防管理远程系统一通三防管理远程系统—报表管理一通三防管理远程系统—基于WebGIS的图形监测与导航一通三防管理远程系统—瓦检结果查询机电综合管理远程系统机电综合管理远程系统系统管理与维护七、龙软概况与荣誉公司是依托于北京大学成立的一家专门从事数字矿山的高新技术企业,公司本部位于中国最大的软件产业基地----中关村软件园。公司与北京大学、中国矿业大学等著名学府密切合作，研制、开发并推广具有我国自主知识产权的煤矿专用地理信息系统（地测、设计、通风、调度、机电与安全信息等），为用户提供产、供、销、人、财、物等内部资